Разделение пульп на твердое и жидкое

Конечные продукты обогащения — концентраты — чаще всего получаются в виде водных пульп. Они нуждаются в обезвоживании, особенно если последующая переработка их — пирометаллургические процессы. Обезвоживание необходимо также для перевозки концентратов, так как высокая влажность удорожает стоимость перевозок. В зимнее время недостаточно обезвоженные материалы смерзаются, погрузка и выгрузка их становятся затруднительными.

Существенное значение имеют процессы обезвоживания при гидрометаллургических способах извлечения металлов.

Обезвоживание может производиться тремя способами — сгущением (отстаиванием), фильтрованием и сушкой. Сгущение — наиболее дешевый способ обезвоживания, однако им можно понизить содержание жидкости в пульпе только до 50—60%. Фильтрование дороже сгущения, но им иногда можно снизить содержание жидкой фазы в обезвоживаемом материале до 10%. Сушка — наиболее дорогой процесс, требующий затрат топлива; сушкой достигается наиболее полное обезвоживание.

В зависимости от технологических задач и экономических соображений могут быть выбраны различные способы обезвоживания, а также и последовательное применение всех трех способов — сгущения, фильтрования и сушки.



Сгущение производится в результате спокойного отстаивания пульпы в чанах — сгустителях. Получаемый при сгущении верхний осветленный слой жидкости называют сливом (верхний слив), а сгущенную пульпу, выгружаемую со дна сгустителя, — сгущенным продуктом (нижний слив).

Крупные частицы оседают быстрее, чем мелкие. В пульпах иногда имеются очень тонкие частицы, близкие по размерам к коллоидным. Для ускорения оседания тонких частиц могут применяться коагулирующие вещества, например, известь, клей и др.

Сгустители (рис. 47) представляют собой цилиндрические чаны из дерева или железобетона диаметром до 100 м. В центре сгустителя установлена питательная воронка, в которую непрерывно подают исходную пульпу, заполняющую весь объем чана. В желоб, проходящий по краю чана, непрерывно стекает осветленный слив. Твердые частицы оседают на плоское или слегка коническое днище сгустителя. В центре днища имеется отверстие, служащее для непрерывной выгрузки сгущенного продукта с помощью диафрагмового насоса.

Для передвижения осевшего материала от краев к центральному отверстию служит устройство, состоящее из вала с крестовиной, на лопастях которой косо посажены гребки. Вращение вала со скоростью одного оборота в 2—3 мин. не препятствует спокойному отстаиванию. Такое устройство для перегребания сгущенного продукта в больших сгустителях диаметром более 15—18 м оказалось бы слишком массивным; поэтому в больших сгустителях вал заменяют неподвижной колонкой, а крестовину фермой. Ферма передвигается вокруг колонны кареткой, катящейся по краю сгустителя (рис. 48).

Производительность сгустителя измеряется площадью днища, необходимой для перевода в сгущенный продукт одной тонны твердого вещества в течение суток (м2/т в сутки). Производительность зависит от свойств пульпы и изменяется в широких пределах; например, при сгущении пульпы флотационного концентрата, содержащей 10% твердого, до получения в сгущенном продукте 40—60% твердого требуется 1,2—1,7 м2 площади дна сгустителя в сутки на 1 т твердого материала.

Для повышения производительности и экономии цеховой площади за последнее время начали применять многоярусные сгустители, представляющие собой комплект из нескольких сгустителей, поставленных друг на друга (рис. 49).



Фильтрование основано на продавливании жидкой части пульпы через пористую перегородку, не пропускающую твердых частиц. В качестве фильтрующих материалов применяются хлопчатобумажные, шерстяные, стеклянные и другие ткани, а иногда и пористая керамика.

Скорость фильтрования зависит от разности давлений и потери напора в порах фильтрующего материала. С накоплением на фильтре твердого осадка — кека скорость фильтрования уменьшается. Скорость фильтрования может уменьшаться также и вследствие закупорки пор фильтрующей перегородки частицами кека.

Разность давлений может быть достигнута различными способами; в простейшем случае она получается за счет гидростатического давления самой фильтруемой пульпы, однако скорость фильтрования при этом невелика. Интенсивно действующие фильтры подразделяются на вакуум-фильтры, в которых разность давлений создается за счет вакуума под фильтрующей перегородкой, и фильтрпрессы, работающие под внешним давлением на пульпу. Скорость фильтрования на фильтрпрессах может быть большей, чем на вакуум-фильтрах, так как создаваемая разность давлений не ограничена; разность давлений в вакуум-фильтре может превышать атмосферное только на величину гидростатического давления пульпы.

Конструкция фильтрпрессов сложнее, чем вакуум-фильтров, поэтому первые имеют сравнительно меньшее применение в металлургической практике, чем вторые.

Вакуум-фильтр периодического действия показан на рис. 50; Устройство его не требует дополнительных пояснений.

Барабанный вакуум-фильтр (рис. 51) представляет собой горизонтально поставленный барабан, на поверхности которого по образующим укреплены тонкие деревянные планки. Поверх планок кладется фильтровальная ткань, придерживаемая спиралью из проволоки. От полого вала к барабану проведены тонкие металлические трубки, входящие своими концами в зазоры обрешетки из планок. Отдельные секции, ограниченные поверхностью барабана, тканью и с боков двумя соседними планками, соединены трубками, проходящими через полый вал, со специальным распределительным золотником.

Нижняя треть или четверть барабана помещена в корыте с пульпой. Барабан вращается со скоростью одного оборота за 4—10 мин. Распределительный золотник соединяет при этом трубки, подведенные к погруженной поверхности фильтра, со сборником фильтрата, а через него с вакуум-насосом; жидкая часть пульпы, таким образом, просасывается через поры ткани, а на поверхности ее нарастает слой кека толщиной 6—15 мм. После выхода кека из пульпы через слой его начинает просасываться воздух, осушающий кек. При необходимости промывки на слой кека подается вода из брызгал. В последней четверти поворота барабана золотник соединяет трубки с линией сжатого воздуха, воздух отдувает слой кека от поверхности ткани; попадая на наклонный лоток, кек снимается с фильтра. Освобожденная ткань при дальнейшем вращении барабана вновь попадает в корыто с пульпой.

Производительность фильтра измеряется весовым количеством сухого кека, получаемого с единицы поверхности ткани; при фильтровании флотационных концентратов она составляет от 0,15 до 0,5 г/час/м2. Остаточное содержание влаги в кеке 8—15%. Производительность и остаточная влажность кека зависят от свойств фильтруемой пульпы, главным образом от крупности твердых частиц и отношения ж:т.

Дисковый вакуум-фильтр (рис. 52) по принципу действия подобен барабанному. Фильтровальная ткань закреплена здесь на дисках, собранных из отдельных секторов. На поверхности деревянного или металлического сектора сделаны канавки, которые соединены в узком конце сектора с металлической отводной трубкой, а через последнюю — с золотником. Кек, накапливаемый на поверхности ткани, снимается наклонно поставленными лотками отдельно с каждого диска. При равных габаритных размерах дисковый фильтр имеет большую фильтрующую поверхность, чем барабанный.



Обезвоживание при сушке достигается испарением влаги. Скорость испарения пропорциональна разности давлений паров воды над высушиваемым материалом и в окружающей его атмосфере. Давление паров воды над материалом возрастает с температурой. Давление паров в атмосфере сушилки тем меньше, чем быстрее пары из нее удаляются, поэтому сушку стараются проводить в потоке движущегося газа, в частности воздуха.

Следует учесть, что увеличение скорости газового потока часто не ускоряет сушку, потому что скорость диффузии паров от поверхности материала в толщу газовой струи ограничена. В то же время быстрое движение газов может привести к распылению материала.

Слой высушиваемого материала должен иметь возможно меньшую толщину или хорошо перемешиваться.

Сушильные печи очень разнообразны по конструкции; наиболее распространены трубчатые вращающиеся печи (рис. 53). Основной деталью такой печи служит труба из листовой стали длиной 8—12 м и диаметром 1,5—2 м. Труба устанавливается с уклоном в 1—2° к горизонту. Двумя гладкими бандажами она опирается на ролики, обоймы которых закреплены в фундаменте. Зубчатый обод приводится в зацепление с ведущей шестерней, имеющей редукторный привод от электромотора. Такое устройство позволяет вращать трубу со скоростью 3—8 об/мин.

Внутри трубы укреплены радиальные или иные насадки.

Исходный материал непрерывно загружается механическим питателем в приподнятый конец печи и при вращении постепенно перемещается, пересыпаясь по полкам к противоположному ее концу. Навстречу движутся горячие газы, получаемые сжиганием топлива в топке (вводятся они через разгрузочный конец трубы), так что наиболее горячие и сухие газы соприкасаются с почти высушенным материалом и удаляют из него остатки влаги.